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基于原位数据的甲烷通量计算 -以我国南海冷泉区为例

6、海洋地球科学 > 专题7：深海极端环境与生命过程

全球范围内的碳循环是研究元素化学循环以及气候变化等重大科学问题中极为重要的一环。在大洋深处洋中脊、弧后盆地广泛分布的热液、冷泉体系因连通了大洋岩石圈、海洋水圈及底栖生物圈，将地球深处大量的碳素(以CH4、CO2为主)释放到海水中并向上扩散至大气中，是全球范围内碳循环中重要的组成部分。之前多采用建立模型然后计算的方式对海洋深处的碳通量进行研究，随着海底沉积物中天然气水合物分布情况(Sakai et al., 1990)、碳元素转换通道等问题的重新认知，根据之前建立的模型得到的结果可能不准确。
作者随“科学”号多次前往我国南海冷泉区，利用自主研发的深海原位激光拉曼光谱定量探测(Raman insertion Probe, RiP)系统(Zhang et al., 2017)、深海坐底长期观测系统获取了该区域冷泉喷口区、冷泉生物群落区、冷泉喷口附近还原性沉积物区等多种类型的原位数据，同时还利用水合物收集罐收集冷泉喷口释放的富甲烷流体及自由态甲烷，在深海快速生成了天然气水合物。
在海底冷泉喷口附近快速生成的水合物为一种松散的非致密的结晶物，如图1所示。为了计算冷泉喷口的甲烷释放速率，在此处我们认为水合物收集罐内的天然气水合物为饱和度为理论值的典型的I型水合物，结合“发现”号ROV的视频资料，在已知水合物罐容积和收集时间两个参量的前提下，可以得到冷泉喷口的甲烷释放速率。结合冷泉喷口附近生物群落下覆水的原位拉曼光谱数据(Du et al., 2018)(如图2所示)，可以计算出化能合成生态群落对甲烷的过滤量。
通过以上工作可以初步计算出冷泉喷口对甲烷的释放通量，整个冷泉区域及更准确的甲烷通量计算模型将在后续工作中进行。